poliester perdelik kumaşta isıl regülasyon sağlamaya yönelik

Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 16, Sayı 1, 2011

105

POLĠESTER PERDELĠK KUMAġTA ISIL REGÜLASYON

SAĞLAMAYA YÖNELĠK MĠKROKAPSÜL HAZIRLANMASI VE

UYGULANMASI

Zeliha GÜLER*

Dilek KUT**

Özet: Kullandığı enerjinin önemli bir kısmını dışarıdan sağlayan ülkelerde enerjinin verimli olarak kullanılması

ve böylece enerjiden tasarruf sağlanması gitgide önemli hale gelmektedir. Enerji giderlerinin minimize edilmesi

için farklı yöntemler uygulanmaktadır. Son dönemlerde, ortamda bulunan mevcut enerjiyi daha verimli kullan-

mak ve ortamın ısısal konforunu arttırmak amacıyla faz değiştiren maddelerin (FDM) kullanımı önem kazan-

maktadır. FDM’lerin erime ile donma/kristalleşme sırasındaki sıcaklıklarının sabit olması, bu maddelerin diğer

maddelere göre daha fazla ısı absorbe etmesini sağlamaktadır. Bu çalışmada, kompleks koaservasyon yöntemi

kullanılarak doğal polimerik malzeme olan jelatin-arap zamkı kabuk materyali içerisine yağ asidi ötektik karı-

şımları (kaprik asit-palmitik asit) hapsedilerek, mikrokapsül eldesi sağlanmıştır. Mikrokapsüllenmiş FDM’lerin,

ev tekstili amaçlı kullanılacak %100 poliester perdelik kumaşa emdirme yöntemi ile aplikasyonu gerçekleştiril-

miş ve ortamın ısıtma-soğutma yükünün azaltılması amaçlanmıştır. Mikrokapsüllerin morfolojik ve kimyasal

yapıları ile termal özellikleri, sırasıyla, SEM, FT-IR ve DSC ile karakterize edilmiştir. Tekstillere kapsül uygu-

lamasından sonra, kumaşlar simule odacıkta ısıl değişimin belirlenmesi amacıyla teste tabi tutulmuştur. Sonuç-

larda kapsül eldesinde kullanılan malzemelerin kumaşa aktarılması sonrasında, ortamın ısıl konforunu 0,5-1,5 oC

iyileştirdiği gözlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Isıl regülasyon, mikrokapsülasyon, kompleks koaservasyon yöntemi, FDM.

Preparatıon and Application of Microcapsules For Thermal

Regulating Polyester Curtain Fabric

Abstract:It becomes more important subject to provide occupation from energy for the countries which provides

the most of their energy from foreign countries. The different methods are used to minimize the energy expenses.

Nowadays, using the energy more productive and using phase change materials (FDM) for raising ambient ther-

mal comfort gain importance. Temperature of phase-change materials (FDMs) is stable during the melting and

solidification. Accordingly, a FDM absorbes more energy than the other materials. In this study, eutectic mixtu-

res of fatty acids (capric acid-palmitic acid) that used as an organic PCM core was entegrated in a shell based on

naturel polimers gelatine- acacia by using the complex coaservation method and so produced microcapsules.

Microencapsulated PCM’s was applied on the %100 polyester fabric that are used as curtain and aimed reducing

of heating and cooling load of environment. The morphological and chemical structures and thermal properties

of microcapsules were characterized by SEM, FT-IR and DSC, respectively. After the microcapsule application

to the textiles, they were tested in a simulated room to determine the thermal regulation. The results demonstrate

that textiles recovered thermal comfort of the environment about 0,5-1,5oC.

Keywords: Thermoregulation, microencapsulation, complex coacervation method, PCM.

1. GĠRĠġ

Günümüzde kullanılan enerji kaynaklarının en önemli sorunlarından biri yenilenebilir olma-

ması ve yakın bir gelecekte tükenecek olmasıdır. Artan nüfus, şehirleşme ve endüstrileşme enerji ge-

reksiniminin daha da artmasına neden olmaktadır. Enerji üretim ve tüketimindeki bu tablo araştırmacı-

* Uludağ Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 16059 Görükle, Bursa.

** Uludağ Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Tekstil Mühendisliği Bölümü, 16059 Görükle, Bursa.

Güler, Z., Kut, D.: Perdelik Kumaşta Isıl Regülasyon Sağlamaya Yönelik Mikrokapsül Hazırlanması

106

ları ekonomik, temiz ve çevreyle dost olan yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarını bulmaya itmekte-

dir.

Dünya’daki en temiz, en ucuz ve en kolay temin edilebilen enerji, tasarruf edilen enerji-

dir(Tarakçıoğlu,2010). Enerji tasarrufunun ve verimliliğinin artırılması, yeni enerji kaynaklarının

devreye sokulmasından daha ekonomiktir(Yılmaz,2005). Ortamda bulunan mevcut enerjiyi daha ve-

rimli kullanmak ve ortamın ısısal konforunu arttırmak amacıyla faz değiştiren maddelerin(FDM) kul-

lanımı önem kazanmış ve kısa süreli enerji depolamalarda FDM kullanımı yaygınlaşmıştır. FDM’ler

doğrudan veya kapsüllenmiş halde kullanılabilirler (Mondal, 2008). FDM’lerin kapsüllenmesindeki

amaç, maddenin kapsül içinde hapsolarak faz değisimini kapsül içerisinde gerçeklestirmesi-

dir. Böylece FDM’nin kullanımı kolaylasırken, artan yüzey alanı ısı transferi açısından daha

elverişli bir ortam sağlamaktadır(Konuklu, 2008).

Isıtma ve soğutma uygulamalarının verimliliğinin arttırılmasında FDM’lerin ısıl düzenleyici

özelliğinden yararlanılmaktadır(Koo ve diğ.2008). Bu maddeler içinde bulundukları ortamın sıcaklığı

faz değişim sıcaklığının üzerine çıktığında, çevreden ısı alırken (gizli ısı), soğuma esnasında bu ısıyı

tekrar çevreye yaymaktadırlar. FDM’nin erime ile donma/kristalleşme sırasında sıcaklıkları sabittir.

Bu prensipten hareketle bir FDM, diğer malzemelere nazaran daha fazla ısı absorbe eder. FDM ısın-

maya başladığında pek çok malzeme gibi sıcaklığı yükselir. Erime noktasına ulaştığında, büyük mik-

tarda ısı soğururken sıcaklığı sabit kalır. Ortam sıcaklığı düştüğünde ise FDM katılaşırken çevreye

soğurduğu ısıyı salar. Böylece ortam sıcaklığının belirli bir aralıkta sabit kalmasını sağlar.

Faz değişim teknolojisinin kullanımı 1970’lı yıllarda, NASA (National Aeronautics and Space

Administration) tarafından yürütülen bir araştırma programına dayanmaktadır. Bu programdaki asıl

amaç, astronot giysilerine uzaydaki aşırı sıcaklık dalgalanmalarına karşı termal koruma etkinliğinin

kazandırılmasıdır(Alkan ve diğ.,2009). Sıcaklık düzenleme işlevli fonksiyonel tekstiller adı verilen

tekstillerin araştırılması, üretimi ve kullanılması 1980’lerden beri giderek daha fazla önem kazanmış-

tır. Isı depolayan ve sıcaklık düzenleyici tekstillerin uygulama alanları, termal iç giysi, ceket, spor

giysileri, dağ giysileri, profesyonel giyimde itfaiye üniformaları, uzay giysileri, askeri giysiler, özel

eldivenler, perde ve yatak setleri, vs. gibidir(Dai ve Shen, 2006).

Bugüne kadar yapılan çalışmalar incelendiğinde, hem tekstil sektörü hem de diğer güneş kay-

naklı ısıl enerji depolayıcı ürünlerde, organik FDM’ler içerisinde en çok parafin ve yağ asitlerinin

kullanıldığı görülmektedir. Tekstil ve giysi üretiminde kullanılan FDM’lerin erime sıcaklıkları 20-

40oC arasındadır. Erime noktası 20-40

oC aralığında olan pek çok FDM tekstil alanında kullanımı uy-

gun olmasına rağmen, parafinler ve yağ asitleri özellikle ucuz olmaları ve toksik etki içermemeleri

nedeniyle tercih edilmektedir. Dinamik ısı yönetimi gereken sıcaklık aralığına göre FDM seçimi yapı-

labileceği gibi, iki ya da daha fazla FDM’nin belirli oranlarda karışımı kullanılarak sistem sıcaklığı

daha geniş bir aralıkta kararlı hale getirilebilir(Farid ve diğ.,2004, Alay ve diğ.,2009). Bu araştırmada

ise, çevre ve insan sağlığı açısından, yağ asitlerinin ötektik karışımlarının FDM olarak kullanılmasına

karar verilmiştir. Yağ asitleri birbirleriyle kolaylıkla karışabilirler ve termal özellikleri iyidir. Yağ

asitlerinin erime sıcaklık aralıkları 30-60oC ve gizli ısı değerleri 153 kJ/Kg ile 182 kJ/Kg arasındadır.

Yağ asitleri, parafin ve inorganik tuz hidratlarına alternatif olarak kullanılan biomateryallerdir (Feld-

man ve diğ.1989, Kauranen, 1991).Yağ asitlerinin en önemli olumsuzlukları maliyetlerinin, parafin-

lerden daha yüksek olmasıdır.

Tablo 1. Bazı Yağ Asitlerinin Isıl Özellikleri


107

FDM olarak kullanılacak materyalin termo-fiziksel özellikleri (ergime sıcaklığı, entalpi, özgül

ısı, ısıl iletkenlik) ve ısı depolama açısından diğer özellikleri (tekrarlanan ısıtma soğutma çevriminde

materyal özelliklerinin kararlılığı, aşırı ısınma ve soğuması), ısıl düzenleyici özellik için önemli para-

metrelerdir.

FDM olarak kullanılacak maddelerin yüksek ısıl iletkenliğe sahip olması gerekir. FDM’yi

mikrokapsülleme ısıl iletkenliği arttırma yöntemlerinden birisidir. Düşük ısıl iletkenlik, ısı depolama

sırasında, ısı depolama ve geri kazanım zamanını arttırmakta ve ısı depolama etkinliğini düşürmekte-

dir(Mazman ve diğ., 2008).

FDM’lerin tekstile uygulanabilmesi için: mikrokapsülleme yöntemi, polimer köpük oluşturma

yöntemi, kumaşa kaplama yöntemi, ipliğe emdirme yöntemi gibi yöntemler kullanılmaktadır. FDM

mikrokapsüllenmesindeki ana amaç, maddenin kapsül içerisinde hapsolarak faz değişimin capsül içe-

risinde gerçekleşmesidir. Mikrokapsül polimerik bir duvar ve bu duvar tarafından kaplanmış sıvı mad-

deden oluşur. Kapsül duvarı, içerisindeki FDM’ye karşı inert bir maddedir. Kapsül hazırlanışı sırasın-

daki kullanılan materyal ve yönteme göre, kapsül boyutu 1 nm’den 1000 µm’ye kadar değişiklik gös-

terir. 1000 µm’den büyük kapsüllere makro kapsüller, 1 nm’den küçük olanlara nanokapsüller de-

nir(Övez ve Yüksel, 1992, Sharma ve diğ.,2002)Kapsül kabuk kalınlığı 1 µm den az olabilir, kapsül

büyüklükleri ise kapsülleme yöntemine bağlı olarak 20-40µm aralığında yer almaktadır.

Mikrokapsüller tanecik çapı, kabuk kalınlığı, ısıl iletkenlik, dayanıklılık, esneklik ve maliyet

gibi parametrelerle tanımlanmaktadır. Kapsül içerisindeki FDM içeriği %80-85’lere kadar çıkabilir.

FDM’lerin mikrokapsüllenmesinde kapsül maddesi olarak melamin, üre veya formaldehit gibi madde-

lerin ağırlıklı olarak kullanıldığı, ancak son yıllarda söz konusu maddelerin toksik etkilerinden dolayı

yerini çevreye ve kişiye zararsız olan doğal polimerlere (kitosan, jelatin, arap zamkı, ipek fibroini vb.)

bıraktığı tespit edilmiştir.

Yapılış şekillerine göre çeşitli mikrokapsül yöntemleri vardır. Ara yüzey polimerizasyonu me-

todu, in-situ polimerizasyonu, faz ayrımı (koaservasyon) yöntemi, sprey kurutma metodu bunlardan

bazılarıdır. En uygun ve en yaygın olarak kullanılmakta olan kimyasal prosesler, basit ve kompleks

koaservasyon ve in-situ polimerizasyonu teknikleridir(Önder ve Sarıer,2006). Tekstildeki mikrokapsü-

lasyon uygulamaları, koku, kozmetik (nemlendirici vb), böcek kovucu madde, güç tutuşurluk madde-

leri, vitamin ve ilaç aplikasyonları, antimikrobiyel maddeler, boyarmadde ve FDM aplikasyonu şek-

linde özetlenebilir(Celep,2007).

Bu çalışmada, mikrokapsüllenmiş FDM’ler, ev tekstili amaçlı kullanılacak perdelik ve döşe-

melik kumaşlara uygulanarak, ortamın ısıtma-soğutma yükünün azaltılması hedeflenmiştir. Bu amaçla

FDM maddesi olarak çevre ve insan sağlığı açısından daha az zararlı olduğu belirtilen yağ asitlerinin

ötektik karışımlarının kullanılmasına karar verilmiştir.

2. MATERYAL VE YÖNTEM

2.1. Materyal

Deneylerde, kaprik asit-palmitik asit ötektik karışımları çekirdek madde, jelatin-arap zamkı

kabuk madde olarak kullanılmıştır. Formaldehit ve gluteraldehit çapraz bağlayıcıları Merck’ten temin

edilmiştir. Ayrıca mikrokapsülasyon işlemini uygulamak için %100 PES kumaş kullanılmıştır. Kuma-

şın ağırlığı 200 gr/m2, atkı sıklığı 26 atkı/cm, çözgü sıklığı 60 çözgü/cm ve atkı ile çözgü ipliği numa-

rası sırasıyla, 150 ve 75 denyedir.

2.2. Metot

Kompleks koaservasyon yöntemiyle ısıl regülasyon sağlayabilecek FDM’lerin mikrokapsülas-

yon işlemi gerçekleştirilmiştir. Koaservasyon yönteminde,çekirdek materyali polimer çözeltisi içeri-

sinde dispers hale getirilmektedir. Polimer çözeltisinin çözülebilirliği karıştırılırken sıcaklığın düşü-

rülmesi, pH’nın değiştirilmesi, iyon gradientinin yaratılması vb yöntemlerle faz ayrımı gerçekleştirile-

rek kabuk materyali oluşturulmaktadır. Bir çok doğal polimer bu metoda uygundur

(Övez,B.,Yüksel,M., 2002, Erkan, 2008).


108

Kompleks Koaservasyon yöntemi, karşıt yükler taşıyan polimerlerin (Jelatin ve arap zamkı gi-

bi) birbirleriyle etkileşmesiyle, çözünürlüğün azalarak kompleks oluşumunu sağlaması ve faz ayrış-

ması meydana gelmesi şeklinde tanımlanabilir. Bu etkileşme pH ve sıcaklık değişmesiyle olmaktadır.

Şekil 1:

Jelatinin kimyasal yapısı (kompleks koaservasyon boyunca polimerizasyondan

sorumlu gruplar yuvarlak içindedir) (Önder ve diğ.,2008)

Deneysel çalışmaların yürütülebilmesi amacıyla BERTEKS AŞ. firmasında atmosferik koşul-

larda çalışan bir reaktör hazırlanmış, bu reaktörde doğal polimerlerle denemeler yapılmış ve prosesin

gerekli yerlerinde manyetik karıştırıcıdan faydalanılmıştır. İşlem adımı aşağıda şematik halde göste-

rilmiştir. Çalışılan yöntemde mikrokapsüllerin büyüklüklerinin karıştırma hızına oldukça bağlı olduğu

gözlenmiştir. Karıştırma hızı arttıkça mikrokapsüller daha küçük olmaktadır. Aynı işlem adımlarıyla

ve madde miktarlarıyla ilerleyen deneylerde sadece pH değerinde yapılan değişikliklerde, örneğin pH

9,5–11 arası olan karışımlarda herhangi bir madde eldesi sağlanamazken, pH 9 ±0,3 değerinde mikro-

kapsül elde edilmiştir.

Çapraz bağlayıcı olarak kullanılan formaldehit yerine denenen gluteraldehit, çözeltide isten-

meyen renk değişimine sebep olduğundan tercih edilmemiştir. Formaldehit ilavesinin ardından çözelti

soğutucu içerisine konulmuş ve partikül oluşumu artış göstermiştir.

ĠĢlem Adımları : %12.5Jelatin Çözeltisi

(40-45 oC, karıştırma hızı 1200 dev/dak)

%75.2 Kaprik asit

%24.8 Palmitik asit

(pH 4 Asetik asit ile, Karıştırma hızı 1200 dev/dak)

%12.5Arap zamkı

(Karışım su ile seyreltilmesi)

Formaldehit ilavesi (Oda sıcaklığında sabit tutma)

(pH 9 NaOH ile)

Soğutma 5-10oC, 2-4 saat bekletme

Filtreleme

Oda sıcaklığında kurutma

Hazırlanan mikrokapsül içerikli jel çözelti numuneleri, çözücü içerisinde çözülerek konvansi-

yonel fulard aplikasyonu uygulaması ile %100 Poliester perdelik kumaşa aktarılmış ardından 120oC’de

kurutulmuştur. Fulard aplikasyonunda alınan flotte miktarı %70 olacak şekilde çalışma yapılmıştır.

Üretilen mikroskapsüllerin yüzey özelliklerini incelenmek için stereo mikroskop ve taramalı

elektron mikroskobu (SEM Carl Zeiss Evo 40, Uludağ Üniversitesi, Fizik Bölümü Mikroskopi Labo-


109

ratuarı), kimyasal içeriklerini analiz etmek için FTIR Nicolet 6700, Thermo Scientific ile KBr pellet-

leri üzerinden IR spektrumları, 4000-400 cm-1

dalga sayısı aralığında kaydedilmiştir(Uludağ Üniversi-

tesi Kimya Bölümü Laboratuarı). Mikro FDM’lerin erime ve donma sıcaklıkları ile ısıları Diferansiyel

Taramalı Kalorimetre (DSC, Perkin-Elmer Diamond)(Mettler Toledo) cihazı kullanılarak tespit edil-

mistir. DSC analizleri Azot ortamında, (-65-80oC) sıcaklık aralığında, 10

oC/dak ısıtma hızında ölçüle-

rek gerçekleştirilmiştir.

3. BULGULAR VE TARTIġMA

3.1. Stereo Mikroskop ve SEM Test Görüntüleri ve Sonuçları

Hazırlanmış olan jel formunda örnekler stereo mikroskopta incelenmiştir. Yapılan inceleme-

lerde kapsüllerin 10–30 mikrometre büyüklükte ve düzgün kürecik formunda oldukları görülmektedir.

Yapılan çok sayıda ön denemede kapsüllerin düzgün küre formuna sahip olmasının, deney esnasında

çözeltiyi karıştırma hızıyla bire bir bağlantılı olduğu tespit edilmiştir. Şekil 2(b)’de buna yönelik ola-

rak örnek bir mikrokapsül görüntüsü yer almaktadır. Buradan da görülebildiği gibi elde edilen kapsül-

ler hem küre formundan uzak hem de büyüklük olarak homojen bir dağılım göstermemektedir.

1)23.259µm 2)25.238µm 3)14.950µm 4)22.605µm 5)15.698µm

(a)Homojen küre eldesi

(b)Homojen olmayan dağılım


110

Şekil 2:

Kapsüllerin stereo mikroskoptan elde edilen görüntüsü

Stereo mikroskopta yapılan incelemede üstten aydınlatma uygulandığında kabuk ile çekirde-

ğin net bir şekilde ayrımı yapılabilmiştir (Şekil 3). Kabuk kalınlığı olması gerektiği gibi oldukça ince-

dir. Bundan dolayı da çekirdek oranı oldukça yüksektir ve bu durum mikrokapsüllerin uygulandığı

tekstil ürünlerinde, ürünlere verilmek istenilen özelliklerin eldesinde önemli bir faktördür.

Şekil 3:

Kapsüllerin stereo mikroskopta üstten aydınlatma sonrası alınan görüntüsü

Deneyler sonucu ortaya çıkan mikrokapsül-jel yapı, çözgenle su içerisinde çözünmüş ve em-

dirme aplikasyonu ile (%70 flotte oranı ile) %100 poliester kumaşa aktarılmıştır. SEM görüntülerinde,

kapsüllerin kumaş üzerinde az miktarda konumlandığı gözlenmiştir. Çözüm olarak çözelti içindeki

kapsül miktarını arttırma ya da emdirme aplikasyonu yerine farklı yöntemler kullanmak tercih edilebi-

lir. Literatürde, uygun bir binderle maddeyi kumaş yüzeyine kaplama yönteminin, yüzeye daha fazla

madde aktarımı için uygun olduğu belirtilmektedir (Önder ve Sarıer,2006).

Şekil 4:

Mikrokapsül uygulanmış kumaşın SEM görüntüsü ( % 100 PES kumaş)

3.2. DSC Analizleri

Jel formundaki örnekler oda sıcaklığında kurutulmuş ve her bir örnekten en az 4 ölçüm alın-

mıştır.


111

Şekil 5:

DSC ısıtma, soğutma, ısıtma eğrileri, mikrokapsül-1

Şekil 6:

DSC ısıtma, soğutma, ısıtma eğrileri, mikrokapsül-2

Tablo 2. FDM1 ve FDM2 nolu örneklere ait erime entalpisi ve erime sıcaklık aralığı değerleri

Isıl Özellikler

Erime Entalpisi Sıcaklık Aralığı

Mikrokapsül-1 1.çalışma: -272.9 J/g ± 4.7 J/g

2.çalışma: -276.7 J/g ± 4.3 J/g

-20…30 C

-20...30 C

Mikrokapsül 2 1.çalışma: -236.7 J/g ± 4.2 J/g

2.çalışma: -240.6 J/g ± 3.7 J/g

-20…20 C

-20…20 C

Farklı jelatin-arap zamkı yüzdeleri kullanılarak elde edilmiş bu iki örneğin DSC diyagramla-

rından, kullanılan maddelerin yüzde oranlarının, ısıl özelliklere etki ettiği gözlemlenmektedir. İlk ör-

nekte kullanılan %12,5’lik jelatin ve arap zamkı çözeltisi daha uygun erime sıcaklık aralığı vermekte-

dir. İkinci örnekte ise %10’luk çözelti kullanılmıştır. Kumaşlara uygulamak istediğimiz mikrokapsül-

lerin erime entalpilerinin yüksek olması hazırlanan kapsülün yeterli derecede enerji depolama madde-

sini hapsedebildiğini göstermektedir. Çalışmada ilk hazırlanan örneğin erime entalpisi değeri de daha

yüksek çıkmıştır.


112

3.3. FT-IR Analizleri

Mikro FDM-1 ve 2, madde içeriği ve miktarı açısından aynı olduğu için FT-IR spekrumlarının

dalga sayısı değerleri birbirine çok yakındır(Şekil 7,8). FT-IR analiziyle de her iki mikro FDM’nin

kimyasal içeriklerinin aynı olduğu ispatlanmıştır.

Şekil 7:

Mikro FDM (1)’nin FT-IR Spektrumu

Şekil 8:

Mikro FDM (2)’nin FT-IR Spektrumu

Spektrumlarda, 3422 cm¹־ dalga sayısı yapıda suyun olduğunu göstermektedir. 2950 ve 2851

cm¹־ dalga sayılarında ise C—H gerilme titreşimi görülmüştür. Spektrumda 1653 cm¹־ dalga sayısında

yer alan pikler –C–O–C (şeker) ve –NH2 (protein) gruplarının birleşmiş olduğunu göstermektedir. Bu

durum, jelatin ve arap zamkının birleşmiş olduğunu yani kompleks koaservasyon işleminin başarılı bir

şekilde gerçekleştiğini göstermektedir. 1440 cm¹־ dalga sayısı karbonile komşu metilene ait absorpsi-

yonu ifade etmektedir. Bu değerde ortaya çıkan pikler yağ asitlerinin yapıdaki varlığını göstermekte-

dir. 698 cm¹־ dalga sayısı OH gerilmesine ait gözlenen absorbsiyonu ifade eder. Ötektik karışımın –

OH fonksiyonel grubunun salınım ve titreşimlerine uygun düşen dalga sayısı 721 cm¹־ de bulunmuştur

(Karaipekli ve Sarı 2008).


113

3.4. Mikro FDM UygulanmıĢ PES KumaĢ ve Kabin Testi

Hazırlanan mikrokapsüller, konvansiyonel aplikasyon yöntemlerine (emdirme-kurutma) göre

%100 poliester olan perdelik kumaşa aktarılmıştır. Kumaşa aldırılmak istenen kapsül miktarı üzerin-

den hesaplanan ve oluşturulan çözelti, fulard aplikasyonu ile kumaşa aktarılmıştır.

Kapsül Konsantrasyonu (g/L)= (KMx100.000)/[(KA+AF)x100]*

KM: Metrekareye uygulanacak kapsül miktarı

KA: Kumaş ağırlığı (g/m2)

AF: (%) Alınan flotte oranı (% 70 istenmektedir.)

Hesaplamalar 200 g/L kapsül konsantrasyonu üzerinden yapılmıştır ve kumaş ağırlığına göre

% 70 flotte alımı sağlanmıştır. Mikrokapsüllerin çözünmesi, çözelti içinde homojen dağılması için

ticari ismi NP10 ve Biodag G10 olan iki farklı organik çözgen kullanılmıştır. 6:3:1 oranı ile su:kapsül

madde:çözgenden oluşan yaklaşık 40oC sıcaklıktaki flotte kumaşa emdirilmiştir. Emdirme işlemi

sonrası kumaşlar kurutulmuştur. Son olarak kumaşların ısıl regülasyon özelliği ortam koşulu simule

edilerek test edilmiştir(Şekil 8). Mikrokapsül uygulanmış kumaşlar test kabini kullanılarak termal

özellikleri ölçülmüştür. Kabin dış ortamda yalnızca penceresi güneş ışınlarına maruz kalacak şekilde

konumlandırılmış ve içerisine yerleştirilen termometreyle, işlem görmüş ve görmemiş kumaşların,

kabin sıcaklığını zamanla nasıl değiştirdiği gözlemlenmiştir.

*Duraner ürün prospektüsü

Şekil 9:

Simule Odacık

Mikro FDM’li kumaşın simule odacığın camına takılmasıyla iç ortam sıcaklığının dış ortam

sıcaklığından yaklaşık 0,5-1,5oC farklı olduğu gözlemlenmiştir. Sıcaklık 27

oC’nin üzerine çıkmaya

başladığında faz değişimi başlamaktadır.

İşlem Görmemiş Kumaş

25

26

27

28

29

30

31

0 2,7 4,2 5,8

zaman (dak)

sıc

aklı

k (

C)

Şekil 10:

Simule Oda Sıcaklığının Zamanla Değişimi (İşlem Görmemiş Kumaşlar)


114

İşlem Görmüş Kumaş

25

26

27

28

29

30

0 2,7 4,9 8,3

zaman (dak)

sıc

aklı

k (

C)

Şekil 11:

Simule Oda Sıcaklığının Zamanla Değişimi (İşlem Görmüş Kumaşlar)

Şekil 9 ve 10’da mikrokapsülleme işlemi uygulanmış ve uygulanmamış poliester kumaştaki

sıcaklık zaman değişimi gösterilmektedir. Kumaşların herbiri birden fazla teste tabi tutulmuşlardır.

Grafikteki sıcaklık ortalama değerleri ±0,5oC sapmalar göstermektedir. Ölçümü yapılan kumaşların ise

ortalama zaman değerleri, ölçüm yapılan kumaş örneklerinde ±1 dakika farklılıklara sahiptirler. İşlem

görmemiş kumaşların perde olarak kullanıldığı odacıkta iç sıcaklık 30,6oC’de, ortalama 5.8 dakika

sonra sabitlenirken, mikrokapsüllü perdelerin kullanıldığı odada sıcaklık ortalama 8,3 dakika sonra

29,5oC’de sabitlenmiştir. Bu kumaşlarla sağlanan kabin sıcaklığı, dış ortam sıcaklığından yaklaşık 3

oC

daha düşüktür. Ancak işlem görmemiş kumaşların bulunduğu ortam sıcaklığı dış ortam sıcaklığından

1,5-2 oC düşüktür. Bu test esnasında dış ortam sıcaklığı 32-33

oC civarındadır. Mikrokapsülleme işle-

mi görmüş ve bu işleme tabi tutulmamış kumaşların kullanıldığı kabin testlerinde, oda sıcaklık farkla-

rının ortalama 0,5-1,5oC olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, sıcaklık-zaman grafiğinden işlem görmemiş

kumaşın bulunduğu ortamda sıcaklığın daha hızlı ve sürekli bir artış gösterirken mikrokapsüllenmiş

kumaşlarda, sıcaklık artışının daha yavaş olduğu gözlemlenmiştir.

4. SONUÇ

Bu çalışmada, kompleks koaservasyon yöntemi ile faz değiştiren madde olarak yağ asitleri

ötektik karışımları içeren, jelatin-arap zamkı esaslı mikrokapsül üretimi, iki farklı çapraz bağlayıcı

varlığında 1200 dev/dak karıştırma hızında gerçekleştirilmiştir. Üretilen mikrokapsüllerin stereo mik-

roskop ile yapılan analizinde mikro parçacıkların tekstilde kullanılabilecek ölçekte uygun ka-

buk:çekirdek oranına sahip oldukları belirlenmiştir. Gerçekleştirilen DSC analizleri, %12,5 konsant-

rasyona sahip jelatin-arap zamkı kabuk maddesinin yeterli derecede enerji depolama maddesini hapse-

debileceğini ortaya koymuştur. Erime sıcaklık aralığı (-20)-30o C olan maddenin erime ısısı ise -272.9

J/g ± 4.7 J/g’dır.

Kaprik asit-palmitik asit ötektik karışımını içeren mikrokapsüllerin yapısal karakterizasyonu

FT-IR spektroskopisi yöntemi kullanılarak tespit edilmiş, FT-IR spektrumları kompleks koaservasyon

işleminin başarı ile gerçekleştiğini ortaya çıkarmıştır. Elde edilen kabin testi sonuçlarına göre mikro

FDM uygulanmış kumaşların, perdelik olarak kullanıldığı iç ortamda, işlem görmemiş kumaşların

kullanıldığı ortama göre 0,5-1,5 oC civarında daha iyi ısıl konfor şartları sağladığı belirlenmiştir.

TEġEKKÜR

Çalışmanın gerçekleştirilmesinde sağladıkları olanaklar ve destekler nedeni ile BERTEKS AŞ.

Firmasına ve AR-GE müdürü sayın Ekrem AKBULUT’a, DSC ölçümlerinin yapılmasını sağlayan

Mettler Toledo çalışanlarına ve Sem Endüstri Cihazları’na ve sayın Onur CEBECİ’ye teşekkür ederiz.


115

KAYNAKLAR

1. Alay S., Göde F., Alkan C., (2009), Isıl Enerji Depolama İçin Poli(etil akrilat)/Hekzadekan Mikrokapsülle-

rinin Üretilmesi ve Karakterizasyonu, Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi, , Cilt: 3, No: 3, s.: 33-46.

2. Alkan,C., Sarı,A., Karaipekli,A., Uzun,O.,(2009), Preparation, Characterization and Thermal Properties of

Microencapsulated Phase Change Materials for Thermal Energy Storage, Solar Energy Materials &Solar

Cells, 93, 143-147.

3. Celep Ş.,(2007), Nanoteknoloji Ve Tekstilde Uygulama Alanları”, Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversi-

tesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana, 182 s.

4. Dai,X., Shen,X., ‘Research on Microcapsules of Phase Change Materials’, 2006, Rare Metals, Volume 25,

Spec.Issue p.393.

5. Erkan, G., (2008) Bazı Antifungal Ajanların Mikrokapsülasyonu ve Tekstil Materyallerine Aplikasyonu,

Doktora Tezi, DEÜ Fen bilimleri Enstitüsü, Eylül ,

6. Farid,M., Khudhair,A., Razack,S., ‘A Review on Phase Change Energy Storage: Materials and Applicati-

ons Energy Conversion And Management 45:1597-1615.

7. Feldman D., Shapiro M. M., Banu D., (1989) Fatty Acids And Their Mixtures As Phase-Change Materials

For Thermal Energy Storage Solar Energy Materials, 18, sf: 201-216.

8. Karaipekli,A., Sarı,A.,(2008), Capric-Myristic Acid, Vermiculite Composite as Form Stable Phase Change

Material For Thermal Energy Storage, Solar Energy,

9. Kauranen,P., Peippo,K., Lund,P., (1991), Multicomponent PCM Wall Optimized For Passive Solar Hea-

ting, Energy and Buildings, Volume 17, Issue 4, Pages 259-270.

10. Konuklu,Y., (2008), Mikrokapsüllenmiş Faz Değiştirien Maddelerde Termal Enerji Depolama İle Binalarda

Enerji Tasarrufu, Çukurova Üniversitesi, Doktora Tezi.

11. Koo K., Park Y., Choe J.,(2008), The Application Of Microencapsulated Phase-Change Materials To Nylon

Fabric Using Direct Dual Coating Method”, Journal Of Applied Polymer Science, Vol. 108, s.: 2337–2344.

12. Mazman,M.,Cabeza,F.,L., Mehlin,H., O, Halime., Paksoy,O.,and Evliya,H., (2008), Heat Transfer Enhan-

cement Of Fatty Acids When Used As PCMs In Thermal Energy Storage, Internatıonal Journal Of Energy

Research, 32:135–143.

13. Mondal S.,(2008), Phase Change Materials For Smart Textiles-An Overview, Applied Thermal Enginee-

ring, 28, s:1536-1550.

14. Önder E., Sarıer N.,( 2006), Sıcaklık Düzenleme İşlevi Olan Akıllı Tekstil Ürünlerinin Tasarımı, TÜBİTAK

Projesi, No: MİSAG-238, İstanbul, 2006, 113 s.

15. Önder E., Sarıer N., Çimen E., (2008), Encapsulation Of Phase Change Materials By Complex Coacerva-

tion To İmprove Thermal Performances Of Woven Fabrics, Thermochimica Acta, 467, s.: 63–72.

16. Övez,B.,Yüksel,M., (2002), Parfümlerin Çapraz Bağlı Mikrokapsüllerden Yavaş Salgılanmaları, Çevre

Koruma Dergisi, Cilt: 10 Sayı: 43, (2002), 26-29.

17. Rudolf Duraner Ürün Prospektüsü

18. Tarakçıoğlu I., (2010), En Büyük Tehlike ve Tekstilciler, Tekstil ve Konfeksiyon, Nisan 2010, s.: 276.

19. Yılmaz M. Ö., (2005), Yeraltı Termal Enerji Depolamada Kullanılan Farklı Dolgu Maddelerinin Termal

Özelliklerinin Araştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana, 78

s.

Makale 25.03.2011 tarihinde alınmış, 12.07.2011 tarihinde düzeltilmiş, 12.10.2011 tarihinde kabul edilmiştir. İletişim Yazarı: D.Kut ([email protected]).

http://www.sciencedirect.com/science?_ob=PublicationURL&_tockey=%23TOC%2312885%231989%23999819996%23393594%23FLP%23&_cdi=12885&_pubType=J&view=c&_auth=y&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=f81386bf4872a2722c683fdcb7799b06


116

poliester perdelik kumaşta isıl regülasyon sağlamaya yönelik

Documents